JP4765410B2 - Active vibration noise control device - Google Patents
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Description
本発明は能動振動騒音制御装置に関し、特に、車両に搭載された能動振動制御装置(AVC)及び能動騒音制御装置(ANC)における振動検出センサの最適配置構成に関する。 The present invention relates to an active vibration noise control device, and more particularly to an optimal arrangement configuration of vibration detection sensors in an active vibration control device (AVC) and an active noise control device (ANC) mounted on a vehicle.
従来から、車体パネルを伝わる振動によって発生する車室内の騒音を抑制するために、当該振動を打ち消す制御振動を車体パネルに発生させ、或いは当該騒音を打ち消す制御音を車室内に発生させる能動振動抑制技術が知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
Conventionally, in order to suppress vehicle interior noise generated by vibrations transmitted through the vehicle body panel, control vibration that cancels the vibration is generated in the vehicle body panel, or active vibration suppression that generates control sound that cancels the noise is generated in the vehicle interior. Techniques are known (see, for example,
特許文献1では、エラーセンサが検出した車体の振動をH∞制御回路が演算し、その演算結果に基づいてアクチュエータを制御する能動振動制御装置(AVC)が開示されている。
特許文献2では、ドアヒンジ部或いはその近傍に取り付けられた振動検出器の検出信号に基づいて音響放射手段が放出する音を制御することにより車室内の騒音を打ち消す能動騒音制御装置(ANC)が開示されている。
しかし、特許文献1及び2では、車室内の騒音を測定するマイクロホンの代わりに車体パネルの振動を検出するセンサを用いて騒音を抑制することは開示されているが、当該センサを車両のどの位置に配置すべきかについての詳細な記載はない。
However,
したがって、車体にセンサを取り付ける際に、最適な箇所に配置することができなければ、振動/騒音の制御精度が低下してしまう。逆に、制御精度を維持するために必要以上の数のセンサを配置すればコスト高になってしまう。 Therefore, when the sensor is attached to the vehicle body, if it cannot be arranged at an optimal location, the vibration / noise control accuracy will be reduced. On the other hand, if more sensors than necessary are arranged in order to maintain control accuracy, the cost increases.
本発明の特徴は、車体のフロアパネル上に配置された、前記車体の振動を測定する複数のセンサと、センサが測定する車体の振動に基づいて車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部と、車体に制御振動を生成するか、又は車室内に制御音を生成する能動部と、騒音演算部が演算する車室内の騒音に応じて能動部を制御することにより、車体の振動による騒音を低減するコントローラとを備える能動振動騒音制御装置であって、フロアパネルは、剛性値がフロアパネル全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバによって複数の領域に区切られ、複数のセンサは、メンバによって区切られた各領域にそれぞれ配置されていることを要旨とする。 A feature of the present invention is that a plurality of sensors arranged on the floor panel of the vehicle body for measuring the vibration of the vehicle body, and a noise for calculating a vehicle interior noise due to the vibration of the vehicle body based on the vibration of the vehicle body measured by the sensor Vibration of the vehicle body is generated by controlling the active unit according to the noise in the vehicle interior calculated by the calculation unit, the vehicle body generating control vibration or generating the control sound in the vehicle interior, and the noise calculation unit. The floor panel is divided into a plurality of areas by members whose rigidity value is larger than the average value of the rigidity values of the entire floor panel, and the plurality of sensors are The gist is that they are arranged in each region delimited by members .
本発明によれば、センサを最適な箇所に配置することができるため、振動/騒音の低減性能を高く保ちながらセンサの数を減らしてセンサのコストを削減する能動振動騒音制御装置を提供することが出来る。 According to the present invention, an active vibration noise control device that reduces the number of sensors and reduces the cost of the sensor while maintaining high vibration / noise reduction performance can be provided because the sensor can be arranged at an optimal location. I can do it.
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
[能動騒音制御装置の全体構成]
図1に示すように、本発明の実施の形態に係わる能動騒音制御装置(ANC:Active Noise Controller)は、車体5に伝わる振動を測定する第1のセンサ1と、車体5に伝わる振動を測定する第2のセンサ2と、第2のセンサ2が測定する車体5の振動に基づいて車体5の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部12と、車体5に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部の一例としてのスピーカ3と、第1のセンサ1が測定した車体5の振動及び騒音演算部12が演算する車室内の騒音に基づいてスピーカ3が放出する制御音を制御するコントローラ4とを備える。なお実施例としてANCについて説明するが、本発明は、能動振動制御装置(AVC:Active Vibration Controller)に対しても適用することができる。
[Overall configuration of active noise control system]
As shown in FIG. 1, an active noise controller (ANC: Active Noise Controller) according to an embodiment of the present invention measures a
コントローラ4は、車体5の外部から車室内に伝わる振動や騒音に対してスピーカ3が放出する制御音を干渉させて振動や騒音を相殺して低減する。制御音を干渉させて能動的に振動及び騒音を低減するコントローラは複数存在するが、ここでは、その一例として、スピーカ3に対して制御信号を送信するアダプティブフィルタ7と、車室内の騒音に対応した信号を用いてフィルタパラメータをオンラインで更新するアダプティブロー8とを備えるコントローラ4(アダプティブフィルタコントローラ)を示す。
The
図4に示すように、アダプティブフィルタコントローラを用いた一般的な能動騒音制御装置では、2種類のセンサ(1、53)が測定する2種類の信号が必要となる。1つは、車室内に伝わる騒音の原因となる外乱に関連する信号であり、例えば、路面11から車輪(タイヤ10a、10b)へ伝達される振動を測定する加速度センサ(Gセンサ)1からの信号が含まれる。もう1つは、車内の騒音レベルに関連する信号であり、例えば、車内に取り付けられたマイクロホン53からの信号が含まれる。即ち、アダプティブフィルタ7を使用する能動騒音制御装置においては、車体の振動に係わる物理量を測定するセンサとして、外乱を測定するセンサ(加速度センサ1)と、外乱による振動又は騒音とスピーカ3による制御音とが干渉した結果、車内に伝わる騒音を測定するセンサ(マイクロホン53)の2種類のセンサが必要である。
As shown in FIG. 4, in a general active noise control apparatus using an adaptive filter controller, two types of signals measured by two types of sensors (1, 53) are required. One is a signal related to a disturbance that causes noise transmitted to the vehicle interior. For example, the signal from the acceleration sensor (G sensor) 1 that measures vibration transmitted from the
これに対して、本発明の実施の形態(図1)の場合、車室内に伝わる騒音の原因となる外乱に関連する信号を検出する手段として、路面11から車輪(タイヤ10a、10b)へ伝達される振動を測定する加速度センサ(Gセンサ)を第1のセンサ1として使用する。一方、車内の騒音レベルに関連する信号を検出する手段として、車体5に伝わる振動を測定する加速度センサ(第2のセンサ2)と、第2のセンサ2が測定する車体5の振動に基づいて車体5の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部12とを備える。即ち、一般的なアダプティブフィルタコントローラにおける図4のマイクロホン53の代わりに第2のセンサ(Gセンサ)2及び騒音演算部12を備える。
On the other hand, in the case of the embodiment of the present invention (FIG. 1), the signal is transmitted from the
図8(a)及び図8(b)に示すように、図1の第1及び第2のセンサ1、2が固定されている車体5のフロアパネル6は、3つの主要な部分に分けることができる。具体的には、フロアパネル6は、乗員が座るシートの下に位置する平板状のキャビンパネル15と、燃料タンクが固定されるタンクパネル16と、スペアタイヤ及びトランクの下が位置するスペアタイヤパネル17とを備える。キャビンパネル15は、エンジンルームとタンクパネル16の間に位置している。スペアタイヤパネル17は、タンクパネル16と車体5の後端の間に位置している。
As shown in FIGS. 8A and 8B, the
図9に示すように、図8(b)のフロアパネル6の上には、車両の進行方向に向かって平行に伸びる4つの縦メンバ18a〜18dと、垂直に伸びる4つの横メンバ19a〜19dとが配置されている。フロアパネル6は車体を軽量化するべく薄い平板状に形成されているため、フロアパネル6だけでは十分な剛性が得られない。フロアパネル6よりも剛性が高い棒状の縦メンバ18a〜18d及び横メンバ19a〜19dをフロアパネル6上に固定して、フロアパネル6の剛性を高めている。縦メンバ18a〜18d及び横メンバ19a〜19dの厚みはフロアパネル6よりも厚く形成されている。縦メンバ18a〜18d及び横メンバ19a〜19dは、フロアパネル6の一方の面(表面又は裏面)側のみに固定されていても、両方の面(表裏面)に固定されていても構わない。
As shown in FIG. 9, on the
[車体パネルの振動と車室内に伝わる騒音との関係]
次に、(1)式〜(5)式を用いて、フロアパネル6の振動と車室内に伝わる騒音との間の関係について説明する。
[Relationship between body panel vibration and noise transmitted to the passenger compartment]
Next, the relationship between the vibration of the
車室内に伝わる総ての音は、エンジンや路面から伝わる音と、乗員同士の会話やオーディオからの音等を含む乗員にとって有用な音とに分けることができる。エンジンや路面から伝わる音は、乗員にとって望ましくないいわゆる騒音NRに相当する。 All sounds transmitted to the passenger compartment can be divided into sounds transmitted from the engine and road surface and sounds useful for the passengers including conversations between the passengers and sounds from the audio. The sound transmitted from the engine or the road surface corresponds to so-called noise N R that is undesirable for the passenger.
騒音NRは、路面の凹凸によるタイヤ/ホイールの振動やエンジンの振動により生成される。これらの振動は理論的には車体全体及び車体パネル全体に広がり、車体パネルの振動による騒音は“ロードノイズ”と呼ばれている。 The noise N R is generated by tire / wheel vibration or engine vibration due to road surface unevenness. These vibrations theoretically spread over the entire vehicle body and the entire vehicle body panel, and the noise caused by the vibration of the vehicle body panel is called “road noise”.
しかしながら、車体パネルのうちフロアパネルは、例えばルーフパネルに比べて、大きな表面積を有し、タイヤに対する物理的な距離が短い。ホイールは、部分的に直接フロアパネルに接続されている。よって、騒音NRに対するフロアパネルの振動の寄与率は大きいと考えられる。 However, the floor panel of the vehicle body panel has a large surface area and has a short physical distance to the tire, for example, compared to the roof panel. The wheel is partially connected directly to the floor panel. Therefore, the contribution ratio of the vibration of the floor panel to the noise N R is considered to be large.
結果的に、車室内の騒音NRは、車室内に配置されたマイクロホンによる音響レベルよりも、フロアパネルの振動のみによって求めることができるといえる。この場合、乗員にとって望ましくない騒音NRだけを能動的に抑制し、マイクロホンによって測定されるその他のラジオの音、乗員の会話等の音をそのまま残すことができるという効果がある。 As a result, it can be said that the noise N R in the vehicle interior can be obtained only by vibration of the floor panel rather than the sound level by the microphone arranged in the vehicle interior. In this case, it is possible to actively suppress only the noise N R that is not desirable for the occupant, and to leave other radio sounds measured by the microphone, occupant conversations, and the like as they are.
フロアパネルの振動から車室内の騒音NRを効果的に軽減するためには、フロアパネルの振動と車室内に伝わる騒音との間の整合率(Coherence function)を用いる。 To effectively reduce the noise N R of the passenger compartment from the vibration of the floor panel, matching rate between the noise transmitted to the vibration and the vehicle interior floor panel (Coherence function) is used.
整合率は、1又は複数の信号と1つの信号との間の相互関係の程度であって0〜1の数値で定義される。例えば、信号Bは信号Aのみを入力とする現象の結果である場合、信号AとBとの間の整合率を1と定義する。その逆に、信号Bは信号Aを入力としない現象の結果である場合、信号AとBとの間の整合率を0と定義する。 The matching rate is a degree of correlation between one or more signals and one signal, and is defined by a numerical value of 0-1. For example, when the signal B is the result of a phenomenon in which only the signal A is input, the matching rate between the signals A and B is defined as 1. On the contrary, when the signal B is the result of a phenomenon in which the signal A is not input, the matching rate between the signals A and B is defined as zero.
整合率Cxy(ω)を、振動ω(rad/s)における信号xと信号y間の整合率とすると、(1)式により定義することができる。また、(1)式中のSxy(ω)及びSxx(ω)を(2)式により定義する。
(2)式中のPab(ω)は、a=bである場合、振動ωにおける自動スペクトルを示し、a=bでない場合、振動ωにおけるaとbとの交差スペクトルを示す。信号xは(3)式に示すようにN個の信号xiで構成することができる。
整合率を用いることにより、図6(b)に示すように、Pyyに対して大きな寄与率を有するPxxを求めることができ、これをPzz(=Pxx)とする。Pyyに対して小さな寄与率を有するPxxを求めることができ、これをPee(=Pxx)とする。図6(a)に示すように、信号z(t)に対して信号e(t)を混成して信号y(t)になる。 By using the matching rate, as shown in FIG. 6B, P xx having a large contribution rate to P yy can be obtained, and this is set as P zz (= P xx ). P xx having a small contribution ratio with respect to P yy can be obtained, and this is defined as P ee (= P xx ). As shown in FIG. 6A, the signal e (t) is mixed with the signal z (t) to become the signal y (t).
Pyy(ω)に対するPzz(ω)の分布割合及びPee(ω)の分布割合は、それぞれ(4)式及び(5)式に従って計算される。
図6(c)に示すように、タイヤ10a〜10dのホイールの振動はフロアパネル6全体に広がる。フロアパネルの振動をx(t)とすると、この振動x(t)はフロアパネル上に配置された第1及び第2のセンサ1、2により検出される。振動x(t)によって車室内に発生する騒音をz(t)とすると、図6(a)に示すように、振動x(t)は、所定の関数H(s)により騒音z(t)に変換されることになる。そして、この振動x(t)に起因する騒音z(t)に対して、車両の走行により生じる風の音、乗員の会話、オーディオの音等のその他の音e(t)が混成された音をz(t)とすると、車室内にマイクロホンを配置した場合、マイクロホンは音y(t)を測定することになる。したがって、マイクロホンが測定する音y(t)を図6(b)のPyyとすると、例えば、騒音z(t)の整合率がPzzであって、音e(t)の整合率がPeeとすることができる。
As shown in FIG. 6C, the vibration of the wheels of the
発明者らは、実際に車両を走行させ、乗員の耳の位置に配置されたマイクロホン及びフロアパネルに配置された加速度センサ(Gセンサ)を用いて車室内の音及び振動を測定する実験を行った。実験は、乗員、オーディオ及びナビゲーションシステムからの音が無い状態で行われた。この実験の結果、車室内に伝わる音に対するフロアパネルの振動による騒音の寄与率が70%以上であること、つまり、整合率が0.7以上であることが実証された。特に、100〜200Hz及び300〜400Hzにおける整合率は0.8〜0.9となることが判った。 The inventors actually run the vehicle and conduct an experiment to measure the sound and vibration in the passenger compartment using a microphone placed at the position of the passenger's ear and an acceleration sensor (G sensor) placed on the floor panel. It was. The experiment was conducted in the absence of sound from the occupant, audio and navigation system. As a result of this experiment, it was proved that the contribution ratio of the noise due to the vibration of the floor panel to the sound transmitted to the passenger compartment is 70% or more, that is, the matching ratio is 0.7 or more. In particular, it was found that the matching rate at 100 to 200 Hz and 300 to 400 Hz was 0.8 to 0.9.
したがって、フロアパネル6の振動を検出し、この振動から上記の整合率を用いて車室内の騒音を演算できることになる。
Therefore, the vibration of the
そこで、能動振動制御装置(AVC)や能動騒音抑制装置(ANC)を含む実施の形態の能動振動騒音制御装置においては、車室内に伝わる音をマイクロホンで測定する代わりに、フロアパネルに伝わる振動を加速度センサ(第2のセンサ2)によって測定し、コントローラ4は、マイクロホンからの信号を使用せずに、加速度センサからの信号を使用するように変更する。
Therefore, in the active vibration noise control device of the embodiment including the active vibration control device (AVC) and the active noise suppression device (ANC), instead of measuring the sound transmitted to the vehicle interior with the microphone, the vibration transmitted to the floor panel is measured. Measured by the acceleration sensor (second sensor 2), the
ここで、車室内に伝わる音の測定と比較したフロアパネル6の振動測定の利点は、以下の通りである。
Here, the advantage of the vibration measurement of the
1.フロアパネル6上に加速度センサ(第2のセンサ2)を設置することは、各乗員の左右の耳の近くにマイクロホンを設置することに比べて容易である。また、この場合、使用するハーネスの長さも、マイクロホンに比べて加速度センサの方が短くてすむ。
1. Installing the acceleration sensor (second sensor 2) on the
2.乗員にとって望ましくない騒音は、主にタイヤ/ホイールからフロアパネルの振動を介して伝わる音であるため、この騒音に対するフロアパネルの振動の寄与率は、車室内に配置されたマイクロホンにより測定された音の寄与率に比べて精度良く求めることができる。 2. Noise that is undesirable for the passenger is mainly the sound transmitted from the tire / wheel through the vibration of the floor panel, so the contribution ratio of the vibration of the floor panel to this noise is the sound measured by the microphone placed in the passenger compartment. Can be obtained with higher accuracy than the contribution ratio.
次に、本発明を能動騒音制御装置(ANC)に適用した例について説明する。 Next, an example in which the present invention is applied to an active noise control device (ANC) will be described.
先ず、図4及び図5を参照して、一般的な能動騒音制御装置(ANC)の構成を実施の形態の比較例として説明する。 First, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, the configuration of a general active noise control device (ANC) will be described as a comparative example of the embodiment.
振動や騒音を低減するコントローラは様々なものがあるが、図4に示すアダプティブフィルタコントローラ4はその中で最も良く使用されているコントローラの一つである。アダプティブフィルタコントローラ4は、オンラインでアダプティブフィルタ7のパラメータを更新することにより所定の目的を達成する。ここでの所定の目的は、車体5に伝わる振動又は騒音を相殺することである。パラメータの更新はアダプティブロー8に従って行われる。
There are various controllers for reducing vibration and noise, but the
アダプティブフィルタコントローラ4は、スピーカ3に対して制御信号を送信するアダプティブフィルタ7と、アダプティブロー8とを備える。アダプティブフィルタ7を使用する能動振動制御装置においては、センサとして、外乱を測定するセンサ(加速度センサ1)と、外乱による振動又は騒音とスピーカ3による制御音とが干渉した結果、車内に伝わる騒音を測定するセンサ(マイクロホン53)の2種類のセンサが必要である。なお、スピーカ3は、車室内に制御音を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。
The
図5に示すように、アダプティブフィルタ7には、外乱Xに関連する信号が転送される。同時に、システム9にも外乱Xが伝わる。なお、システム9は、図4における車体5を含む上位概念である。また、外乱Xに関連する信号は参照信号であり、例えば、図4のセンサ1から転送されてくる。アダプティブフィルタ7は、外乱Xに関連する参照信号x(n)に対して、応答信号y(n)を生成してスピーカ3へ供給する。アダプティブフィルタ7は、アダプティブロー8にしたがってフィルタパラメータを更新することにより、車室内の騒音を消去又は低減することができる。
As shown in FIG. 5, a signal related to the disturbance X is transferred to the adaptive filter 7. At the same time, the disturbance X is also transmitted to the
図5に示すように、能動振動制御装置によって制御されるシステム9全体は、例えば転送関数形式(transfer function form)のモデルG(z)により表され、モデルG(z)は更に2つの部分に分けることが出来る。
As shown in FIG. 5, the
第1の部分は、外乱源Xから車体5又はフロアパネル6上のアクチュエータ(スピーカ)3までの振動の散乱に相当し、例えば転送関数形式のモデルF(z)により特徴付けられる。このモデルF(z)は、タイヤ10a、10bを介して車体5又はフロアパネル6上のスピーカ3まで伝達する外乱による振動を表す。
The first part corresponds to the scattering of vibration from the disturbance source X to the actuator (speaker) 3 on the
第2の部分は、スピーカ3からマイクロホン53又は車室内の音響レベルを測定する測定点まで伝達する音波に相当し、例えば転送関数形式のモデルC(z)により特徴付けられる。第2の部分は、スピーカ3での音響生成からマイクロホン53による車内の騒音レベルの測定までの間を表現している。
The second part corresponds to a sound wave transmitted from the
実際の振動モデルを正確に測定或いは評価することは一般的に難しい。外乱源Xの数及び配置を正確に知ることが困難だからである。しかし、音響モデルC(z)13を正確に決定することは可能である。スピーカ3の数及び配置を正確に知ることが出来、振動及び音量を測定する加速度センサ1又はマイクロホン53の配置も正確に知ることが出来るからである。
It is generally difficult to accurately measure or evaluate an actual vibration model. This is because it is difficult to accurately know the number and arrangement of the disturbance sources X. However, it is possible to determine the acoustic model C (z) 13 accurately. This is because the number and arrangement of the
アダプティブフィルタコントローラ4の主な利点は、システム9の振動モデルを測定する必要が無いことである。モデルF(z)は、外乱源の信号X(n)と音響レベルに応じた信号e(n)からオンラインで評価される。
The main advantage of the
図5に示すように、制御ループはF(z)A(z)C(z)のループによって特徴付けられる。ここで、F(z)はアダプティブフィルタ7の転送関数を示し、モデルF(z)から転送関数A(z)のスピーカ3へ信号yが転送される。スピーカ3による音は、スピーカ3から乗員の耳までの音響モデルC(z)により表される。音響レベルは転送関数S(z)のマイクロホン53により測定される。
As shown in FIG. 5, the control loop is characterized by a loop of F (z) A (z) C (z). Here, F (z) represents a transfer function of the adaptive filter 7, and the signal y is transferred from the model F (z) to the
システムを簡素化するために、スピーカ3とマイクロホン53の力学系、例えば、転送関数A(z)及びS(z)は無視することが出来る。ただし、厳密には騒音制御において考慮に入れることが望ましい。
In order to simplify the system, the dynamic system of the
また、表記を簡単にするために、総ての転送関数は、(6)式に示すようなFIR(finite impulse response)モデルにより表すことが出来る。
音を表す制御ループF(z)A(z)C(z)の出力ycは、実際のシステム9の出力gに加算され(u=g+yc)、所定の周波数帯において零となるように計算される。 The output y c of the control loop F (z) A (z) C (z) representing the sound is added to the output g of the actual system 9 (u = g + y c ) and becomes zero in a predetermined frequency band. Is calculated as follows.
実際には、アダプティブフィルタF(z)のパラメータfφは、出力ycが出力gに干渉して互いに打ち消すように調整される。車室内の音量に相当する信号e(n)は、例えばマイクロホン53により測定される信号である。或いは、車室内の音量に相当する車体5に配置された加速度センサ(Gセンサ)により測定される信号であっても構わない。
In practice, the parameter f φ of the adaptive filter F (z) is adjusted so that the output y c interferes with the output g and cancels each other. The signal e (n) corresponding to the volume in the passenger compartment is a signal measured by the
アダプティブフィルタF(z)は、一般的に(7)式に示すようなFIRフィルタによって表される。アダプティブフィルタF(z)のパラメータfφの数をφmとする。変数φは0〜(φm−1)まで変化する。
ここで、z-iはZ変換の変数であり、(8)式により表される。(8)式において、h(n)はサンプル信号である。
よって、アダプティブフィルタF(z)の出力y(n)は(9)式により表される。
図5の音量を示す信号e(n)は(10)式により表される。
マイクロホン53のモデルS(z)は、FIRフィルタのみならずIIRフィルタによっても表すことができる。モデルS(z)は、σm個のパラメータを有するFIRフィルタで表される。パラメータfφを計算するアダプティブロー8により最小化される基準値Jは(11)式により定義される。
パラメータγe及びγyはユーザにより固定される。(12)式に示す基準値Jの微分値が零になった時に基準値Jは最小値へ到達する。
ここで信号r(n-i)は(13)式により定義される。
アダプティブロー8は、(14)式に従って、アダプティブフィルタF(z)のパラメータfφを(n)から(n+1)へ更新する。ここでnは更新回数を示し、Kはユーザにより固定される。
(14)式は、更に(15)式へ書き換えることができる。
(15)式においてパラメータΛ及びΓは、それぞれユーザにより設定され、2Kγe及び2Kγyにそれぞれ等しく、1よりも小さい。パラメータΛは、アダプティブフィルタF(z)の最適値への収束速度を固定するパラメータであり、パラメータΓは、収束安全性を固定するパラメータである。 (15) the parameters Λ and Γ in formula are respectively set by the user, equal respectively to 2Keiganma e and 2Keiganma y, less than 1. The parameter Λ is a parameter for fixing the convergence speed of the adaptive filter F (z) to the optimum value, and the parameter Γ is a parameter for fixing the convergence safety.
一般的に、アダプティブフィルタF(z)のパラメータfφの初期値セットfφ(0)は、単純化及び一般化のために総て零に設定される。単純化とは、初期値セットfφ(0)を貯蓄するための特別なメモリや、初期値セットfφ(0)を計算及び評価する手段を省略することを意味する。一般化とは、車両の状態は車両の種類により異なることを意味し、パラメータfφは、車室内の騒音レベルの最小値に相当するJ(最適値)に対応する最適値へ向かって収束する。 In general, the initial value set f φ (0) of the parameter f φ of the adaptive filter F (z) is set to all zero for simplification and generalization. The simplification means is omitted initial value set f φ (0) and special memory for saving a means for calculating and evaluating the set of initial values f φ (0). Generalization means that the state of the vehicle differs depending on the type of vehicle, and the parameter fφ converges toward an optimum value corresponding to J (optimum value) corresponding to the minimum value of the noise level in the passenger compartment. .
次に、図1乃至図3を参照して、実施の形態に係わる能動騒音制御装置(ANC)を説明する。 Next, the active noise control apparatus (ANC) according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
実施の形態に係わる能動騒音抑制装置においては、図5のマイクロホン53からのエラー信号の代わりに、図2に示すように、騒音演算部12からのエラー信号を用いて能動騒音制御を行う。
In the active noise suppression apparatus according to the embodiment, active noise control is performed using an error signal from the
図5のマイクロホン53からのエラー信号の代わりに、騒音演算部12からのエラー信号を用いるのは、ANCの場合だけである。この騒音演算部12へ入力される信号は、車体パネルの複数箇所において測定された加速度αと、スピーカ3へ転送される信号yである。
The error signal from the
図3に示すように、加速度αは音響システムM(z)に入力される。音響システムM(z)は、加速度αと音圧レベル(SPL)の間の音響システムに相当し、音圧レベル(SPL)は、複数のポイントにおける値を考慮し、オフラインにより計算される。信号yは、スピーカ3及び音響モデルからなる転送関数(A×C)へ入力される。それぞれ演算処理された加速度α及び信号yが混成されて信号eとなり図2のアダプティブロー8へ転送される。よって、信号e(k)は、(16)式により表される。
なお、図2のアダプティブロー8は、図5と同じ構成を備える。
The
次に、図10及び図11を参照して、本発明を能動振動制御装置(AVC)へ適用した場合の例について説明する。 Next, an example where the present invention is applied to an active vibration control apparatus (AVC) will be described with reference to FIGS.
AVCは、アクチュエータ20を用いてフロアパネル6や車体パネルに制御振動を生成して、タイヤ10a、10bからフロアパネル6や車体パネルに伝わる振動と干渉させて、車室内における幾つかの測定点における音圧レベル(SPL)を削減する。通常、アクチュエータ20は、振動が最も大きくなるフロアパネル6や車体パネル上に固定され、フィードバック制御される。よって、振動を測定する1又は複数のセンサ1が必要となる。一般的に、アクチュエータ20とGセンサ1とは対を成してフロアパネル6上に配置される。
The AVC generates the control vibration on the
また、AVCでは、車室内の音圧レベルSPLの情報をコントローラ4bへ供給しても構わない。ANCでも説明したように、この場合、車室内に配置されたマイクロホンの代わりに、フロアパネル6のGセンサ2により測定された振動から音圧レベルSPLを演算することができる。
In AVC, information on the sound pressure level SPL in the passenger compartment may be supplied to the
AVCの場合、能動振動制御の為のGセンサ(第1のセンサ)1と、音圧レベルSPLを演算するためにフロアパネルの振動を測定するGセンサ(第2のセンサ)2とは異なる機能目的を備える。 In the case of AVC, the G sensor (first sensor) 1 for active vibration control and the G sensor (second sensor) 2 that measures the vibration of the floor panel to calculate the sound pressure level SPL are different functions. Have a purpose.
実施の形態に係わるAVCでは、図10のマイクロホン53が測定する車室内の音圧レベルSPLの代わりに、図11に示す第2のセンサ(Gセンサ)2が測定するフロアパネル6の振動を用いて車室内の音圧レベルSPLを制御する。なお、コントローラ4bとして、ACNと同様にしてアダプティブフィルタとアダプティブローを備えるアダプティブコントローラを使用することできるだけでなく、ゲイン固定コントローラ(fixed gain controller)を使用することができる。ゲイン固定コントローラ4bは、コントローラ4bのゲインを固定した上で、路面11から車輪(タイヤ10a、10b)へ伝達される振動を測定する加速度センサ1からの信号に基づいて、アクチュエータ20を歪ませることでフロアパネル6に歪みを生成することにより、車体5に制御振動を生成して外乱による振動又は騒音を相殺する。
In the AVC according to the embodiment, the vibration of the
アクチュエータ20と振動の間を示すシステムは、様々なモデルで表すことができるが、ここでは(17)式に示すような状態空間モデル(state space model)を用いる。
ここで、u(k)はアクチュエータ20へ送信される信号を示し、α(k)はフロアパネル上の特定の位置における振動を示し、A、B、C及びDは、当該システムを考慮したシステムの行列である。制御信号u(k)は、(18)式により表すことができる。ここで、Kは例えば、H2又はH∞制御方法によって求めることができる。
図10のマイクロホン53を用いる代わりに、図11のように、第2のセンサとして、Gセンサ2を用いる場合、(17)式は、(19)式に変更される。そして、出力y(k)は(20)式により表される。
ここで、(20)式におけるnは振動制御に使用されるセンサの数を示し、mは音圧レベルの測定点の数を示す。実際には、SPLiは、マイクロホンにより測定されるのではなく、ANCにおける騒音演算部12によって第2のセンサ2が測定した振動とコントローラ4bからの信号に基づいて演算される。
Here, n in the equation (20) indicates the number of sensors used for vibration control, and m indicates the number of sound pressure level measurement points. Actually, SPL i is not measured by the microphone, but is calculated based on the vibration measured by the
(18)式は、(21)式に変更される。
[センサの配置及び数の最適化]
前述したように、フロアパネルの振動と車室内の乗員の耳の位置に伝わる騒音との間には密接な関係が存在する。即ち、両者の整合率は非常に大きい。したがって、フロアパネルの振動を測定することにより路面からの騒音を効率的に評価できることが予測される。
[Optimization of sensor placement and number]
As described above, there is a close relationship between the vibration of the floor panel and the noise transmitted to the position of the passenger's ear in the passenger compartment. That is, the matching rate of both is very large. Therefore, it is predicted that the noise from the road surface can be efficiently evaluated by measuring the vibration of the floor panel.
理論上、路面からの騒音を効率的に評価するためには、フロアパネル全体の振動を測定することが最も望ましい。しかし実際には不可能であり、システムの信頼性とコストを考慮して可能なだけGセンサの数を少なくすることが望ましい。これより、以下の2つの事項が要求される。 Theoretically, in order to efficiently evaluate the noise from the road surface, it is most desirable to measure the vibration of the entire floor panel. However, it is impossible in practice, and it is desirable to reduce the number of G sensors as much as possible in consideration of the reliability and cost of the system. Thus, the following two items are required.
1.最も少ないセンサの数の決定
2.フロアパネル上でのセンサの最適な配置の決定
これらの事項においては次の幾つかの基準が求められる。1つ目は、音圧レベルSPLの配置、つまり、乗員の耳の位置及び乗員の数である。2つ目は、車両の速度である。
1. 1. Determine the number of sensors that are least Determining the optimal placement of sensors on the floor panel In these matters, several criteria are required: The first is the arrangement of the sound pressure level SPL, that is, the position of the passenger's ears and the number of passengers. The second is the speed of the vehicle.
センサの数は、例えばPCA(principal component analysis)を用いて求められる。PCAでは、“重量”の重いセンサの数を決定し、“重量”の軽いセンサは無視している。 The number of sensors is obtained using, for example, PCA (principal component analysis). PCA determines the number of sensors that are “heavy” and ignores those that are “heavy”.
具体的には、フロアパネル上に均等間隔で配列された複数のセンサを用いて振動を測定する実験を行う。次に、PCA処理を行う。PCA処理では、各ωの値について(2)式のSxx(ω)の値を計算する。(22)式において、行列Λは、フロアパネル上のN個のGセンサにより測定されたN個の信号の単数λiを含む。
正の値であるN個の単数λiの大小関係を (23)式に示す。
理論的には、単数λの数が厳密に0以上である場合、当該単数λの数が必要なセンサの数となる。しかし、実際には、単数λは0前後までゆっくりと減衰してしまう。したがって、単数λの数が十分に小さくなったと思われる所定の閾値を設定する。これにより、閾値以下での単数λの数は無視できる。波動ωに従って単数λが変化すると同様に、波動ωに従って上記の閾値も変化する。 Theoretically, when the number of singular λ is strictly 0 or more, the number of singular λ is the number of required sensors. However, in practice, the singular λ is slowly attenuated to around zero. Therefore, a predetermined threshold value that is considered to be sufficiently small in the number of singular λ is set. Thereby, the number of singular λ below the threshold can be ignored. Similarly to the change of the single λ according to the wave ω, the threshold value also changes according to the wave ω.
波動ωに従った閾値の変化を避けるため、(24)式に示す減衰率ηi(ω)を導入する。
減衰率ηi(ω)は、波動ωにおける最も大きい単数λ1と比較した単数λの減衰率[dB]である。換言すれば、最も大きな単数λを参照値(η1(ω)=0)として設定し、その他の単数λの減衰率を計算する。減衰率ηi(ω)のメリットは、閾値を総ての波動ωについて一定にすることができる点である。 The attenuation rate η i (ω) is the attenuation rate [dB] of the single λ compared to the largest single λ 1 in the wave ω. In other words, the largest single λ is set as a reference value (η 1 (ω) = 0), and the attenuation rate of the other single λ is calculated. The merit of the attenuation rate η i (ω) is that the threshold value can be made constant for all the waves ω.
減衰率ηi(ω)により、センサの数は、閾値よりも大きい単数λの数と等しくなる。ここで閾値は、例えば、−40dBに設定することができる。 Due to the attenuation factor η i (ω), the number of sensors is equal to the number of singular λ greater than the threshold. Here, the threshold value can be set to −40 dB, for example.
図12はフロアパネル上に配置された16個のセンサにより測定された振動の減衰率の周波数依存性を示す。閾値を−40dBに設定した場合、100〜600Hzにおいて必要なセンサの数は8個である。閾値は、制御システムの全コスト及び制御の理論上の精度(騒音制御評価)により決定される。制御システムの全コストから、センサの最大数が見積もられる。一般的なANCの場合、理論上の騒音除去達成値γ[dB]は(25)式により求められる。
ここで、ベクトルxは、フロアパネル上の測定点における加速度からなり、ベクトルyは車室内の所定の位置における音圧レベルSPLを示す。 Here, the vector x includes acceleration at a measurement point on the floor panel, and the vector y indicates a sound pressure level SPL at a predetermined position in the passenger compartment.
次に、上述した最少数のGセンサをどのようなフロアパネル上の位置に配置することが望ましいか、つまり、Gセンサの最適配置の決定について説明する。なお、上述したPCAにおいてセンサの最少数がp個であると算出された場合について説明する。 Next, the floor panel position on which the above-mentioned minimum number of G sensors are desirably arranged, that is, determination of the optimum arrangement of G sensors will be described. A case will be described where the minimum number of sensors is calculated to be p in the above-described PCA.
本実施の形態では、フロアパネルを区切る複数の領域に均等にp個のGセンサを分布させる。複数の領域は、高い剛性を備える強固な構造により区切られる。例えば、図9に示したメンバ18a〜18d、19a〜19dにより区切られた領域がこれに相当する。図9では、縦横それぞれ4本のメンバによりフロアパネル6を区切っているが、図13に示すように、トンネル23と、タンクギャップ24の2つの強固な構造物によりフロアパネル6を4つの領域A〜Dに区切ることも可能である。トンネル23は、フロアパネル6の中央を車両の進行方向に平行に配置された構造体である。タンクギャップ24は、車両の進行方向に垂直に配置された、燃料タンクと車室内とを切り離す構造体である。p個のセンサは、これらの領域A〜Dについて均等に分布するように配置される。
In the present embodiment, p G sensors are evenly distributed in a plurality of regions dividing the floor panel. The plurality of regions are separated by a strong structure having high rigidity. For example, an area delimited by
図14乃至17を参照して、一般的にコンパクトカーと呼ばれる種類の車両に対して発明者らが行ったシミュレーションを説明する。ここでは、PCAにより8個のGセンサが第2のセンサ2として必要である場合について説明する。
With reference to FIGS. 14 to 17, a simulation performed by the inventors on a type of vehicle generally called a compact car will be described. Here, a case where eight G sensors are necessary as the
図14及び図15に示すように、フロアパネル6全体の複数の箇所において振動を測定し、運転者の右耳の位置と、後部右座席の乗員の右耳の位置の2箇所にマイクロホン53a、53bを配置して音圧レベルを測定した。図14では、タンクギャップ24よりも後方、つまりタンクパネル16又はスペアタイヤパネル17上に総てのGセンサ2a〜2hを配置した場合を示し、図15では、トンネル23及びタンクギャップ24により区切られた4つの領域A〜Dにそれぞれ2つづつのGセンサ2i〜2pが配置された場合を示す。
As shown in FIGS. 14 and 15, vibrations are measured at a plurality of locations on the
マイクロホン53a、53bにより測定された音圧レベルに対する8個のGセンサにより測定された振動の整合率Cxyを図16及び図17に示す。図16は、運転者の右耳の位置に配置されたマイクロホン53bによる音圧レベルに対する振動の整合率を示し、図17は、後部右座席の乗員の右耳の位置に配置されたマイクロホン53aによる音圧レベルに対する振動の整合率を示す。また、図16及び図17における点線は、図14に示すGセンサの配置の場合を示し、実線は、図15に示すGセンサの配置の場合を示す。
FIG. 16 and FIG. 17 show the vibration matching ratio Cxy measured by the eight G sensors with respect to the sound pressure level measured by the
図16に示すように、騒音の周波数帯(100〜600Hz)における整合率Cxyは、図14の示す配置よりも図15に示す配置の方が大きくなった。しかし、図17に示すように、後部座席での整合率Cxyには、それほど大きな違いはみられなかった。タンクパネル上のGセンサの数が図14の配置に比べて図15の配置の方が少なくなっているにも係わらず、整合率はほとんど変化していない(減少していない)。これから、図15に示す配置が図14に示す配置に比べて効率的な配置であるといえる。このような作業を繰り返すことにより、Gセンサの配置の最適化を実施することができる。 As shown in FIG. 16, the matching rate C xy in the noise frequency band (100 to 600 Hz) is larger in the arrangement shown in FIG. 15 than in the arrangement shown in FIG. However, as shown in FIG. 17, there was no significant difference in the matching rate C xy at the rear seat. Although the number of G sensors on the tank panel is smaller in the arrangement in FIG. 15 than in the arrangement in FIG. 14, the matching rate is hardly changed (not decreased). From this, it can be said that the arrangement shown in FIG. 15 is more efficient than the arrangement shown in FIG. By repeating such operations, it is possible to optimize the arrangement of the G sensor.
図13に示したように、車体のフロアパネル6上にはトンネル23やタンクギャップ24等の剛性が他のフロアパネル6部分に比べて高い部分が存在する。そして、フロアパネル6を伝わる振動は、簡単にはトンネル23やタンクギャップ24を跨いで隣の領域A〜Dへ伝わらない。したがって、振動が容易に伝達する領域を定義することができる。
As shown in FIG. 13, on the
この振動が容易に伝達する領域を定義することは、1または複数のGセンサ(第2のセンサ2)の配置を決定することを目的としている。1つまたは2以上のGセンサを各領域A〜Dに配置した場合、ホイールからの振動のほとんどをGセンサにより捕らえることができる。 The purpose of defining a region where vibration is easily transmitted is to determine the arrangement of one or more G sensors (second sensors 2). When one or more G sensors are arranged in each of the areas A to D, most of the vibration from the wheel can be captured by the G sensor.
隣接する2つのGセンサの間の整合率により、振動が容易に伝達する領域を定義することができる。フロアパネル6面内において水平方向または垂直方向で当該整合率が極小値を取る時、その極小値にフロアパネル6の高い剛性部分が存在することを意味する。なぜなら、整合率が極小値を取る部分では、トンネル23やタンクギャップ24等の高い剛性部分によって、振動が伝達し難くなるからである。
The region where vibration is easily transmitted can be defined by the matching ratio between two adjacent G sensors. When the matching ratio takes a minimum value in the horizontal direction or the vertical direction within the surface of the
図18に示すように、フロアパネル6上の複数の測定点60A〜60HにGセンサを配置して各Gセンサでフロアパネル6の振動を測定した。そして、隣接するGセンサ間の測定値の相互関係をコンパクトカー上で実験により求めた。図19には、車両の進行方向に垂直な方向の、Gセンサ60Fと60G間、Gセンサ60Gと60C間、Gセンサ60Cと60H間の測定値の相互関係をプロットした。図20には、車両の進行方向に平行な方向の、Gセンサ60Aと60B間、Gセンサ60Bと60C間、Gセンサ60Cと60D間、Gセンサ60Dと60E間の測定値の相互関係をプロットした。Gセンサ60Gと60C間にはトンネル23が配置され、Gセンサ60Cと60D間にはタンクギャップ24が配置されている。したがって、Gセンサ60Gと60C間及びGセンサ60Cと60D間の測定値の相互関係は、その周囲の相互関係に比べて小さくなり、極小値を取っている。したがって、逆にこれらの測定値の結果から、Gセンサ60Gと60C間及びGセンサ60Cと60D間に、フロアパネル6全体の剛性値の平均値よりも大きい剛性値を有するトンネル23やタンクギャップ24等が配置されることを推測することができる。このようなGセンサ間の測定値の相互関係を、フロアパネル6全体について行うことにより、フロアパネル6を複数の領域に区切るトンネル23やタンクギャップ24の配置を推測することができる。
As shown in FIG. 18, G sensors are arranged at a plurality of measurement points 60 </ b> A to 60 </ b> H on the
このように、フロアパネル6上に定義される複数の測定点のうち、隣接する測定点間におけるフロアパネル6の振動の整合率(Gセンサの測定値の相互関係)が、当該隣接する測定点の周囲における整合率よりも小さくなる隣接する測定点の中間点を繋げることによりフロアパネル6を複数の領域に区切ることができる。そして、複数のGセンサを各領域にそれぞれ配置する。これらの各領域にGセンサを配置することで、能動振動制御装置や能動騒音制御装置の制御精度が向上する。
Thus, among the plurality of measurement points defined on the
[効果]
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、車体のフロアパネル上に配置された、車体の振動を測定するセンサ(第2のセンサ2)と、センサが測定する車体の振動に基づいて車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部12と、車体に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部(スピーカ3)と、騒音演算部12が演算する車室内の騒音に応じて能動部3を制御することにより車体の振動による騒音を低減するコントローラ4とを備え、センサ2は、当該センサ2が測定する車体の振動と騒音との整合率が最も強くなるフロアパネル6の部分に配置されている能動振動騒音制御装置を実現することができる。これにより、センサを最適な箇所に配置することができるため、振動/騒音の低減性能を高く保ちながらセンサの数を減らしてセンサのコストを削減することができる<請求項1の効果>。
[effect]
As described above, according to the embodiment of the present invention, the sensor (second sensor 2) for measuring the vibration of the vehicle body arranged on the floor panel of the vehicle body and the vibration of the vehicle body measured by the sensor are used. Based on the
フロアパネル6は、剛性値がフロアパネル6全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバ18、19によって複数の領域に区切られ、複数のセンサ2が各領域にそれぞれ配置されている。これにより、センサによる振動の測定値と車室内での騒音の音圧レベルとの整合率を高めることができる。よって、振動/騒音の低減性能を向上させることができる<請求項2の効果>。
The
フロアパネル6は、図18に示したように、フロアパネル6上に定義される複数の測定点のうち、隣接する測定点間におけるフロアパネル6の振動の整合率が、隣接する測定点の周囲における整合率よりも小さくなる隣接する測定点の中間点を繋げることにより複数の領域に区切られている。そして、複数のセンサが各領域にそれぞれ配置されている。これにより、複数のセンサの配置を最適化することができ、上記の整合率を高め、振動/騒音の低減性能を向上させることができる<請求項3の効果>。
As shown in FIG. 18, the
フロアパネル6は乗車定員と同じ数の領域に区切られていても構わない。この場合であっても、複数のセンサを各領域にそれぞれ配置することにより、複数のセンサの配置を最適化することができ、上記の整合率を高め、振動/騒音の低減性能を向上させることができる<請求項4の効果>。
The
上記のように、本発明は、1つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。 As described above, the present invention has been described according to one embodiment. However, it should not be understood that the description and the drawings, which form a part of this disclosure, limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. That is, it should be understood that the present invention includes various embodiments not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.
1…加速度センサ(第1のセンサ)
2…加速度センサ(第2のセンサ)
3…スピーカ(能動部)
4、4b…コントローラ
5…車体
6…フロアパネル
7…アダプティブフィルタ
8…アダプティブロー
9…システム
10a〜10d…タイヤ
11…路面
12…騒音演算部
15…キャビンパネル
16…タンクパネル
17…スペアタイヤパネル
18a〜18d…縦メンバ
19a〜19d…横メンバ
20…アクチュエータ
23…トンネル
24…タンクギャップ
53a、53b…マイクロホン
60A〜60H…測定点
1 Acceleration sensor (first sensor)
2 ... Acceleration sensor (second sensor)
3 ... Speaker (active part)
4, 4b ...
Claims (3)
前記センサが測定する前記車体の振動に基づいて、前記車体の振動による車室内の騒音を演算する騒音演算部と、
前記車体に制御振動或いは車室内に制御音を生成する能動部と、
前記騒音演算部が演算する前記車室内の騒音に応じて前記能動部を制御することにより、前記車体の振動による前記騒音を低減するコントローラとを備え、
前記フロアパネルは、剛性値が前記フロアパネル全体の剛性値の平均値よりも大きいメンバによって複数の領域に区切られ、
前記複数のセンサは、前記メンバによって区切られた各領域にそれぞれ配置されていることを特徴とする能動振動騒音制御装置。 A plurality of sensors disposed on a floor panel of the vehicle body for measuring vibrations of the vehicle body;
Based on the vibration of the vehicle body measured by the sensor, a noise calculation unit that calculates noise in the vehicle interior due to the vibration of the vehicle body;
An active part for generating control vibration in the vehicle body or control sound in the vehicle interior;
A controller for reducing the noise due to vibration of the vehicle body by controlling the active unit according to the noise in the vehicle cabin calculated by the noise calculation unit;
The floor panel is divided into a plurality of regions by members whose rigidity value is larger than an average value of rigidity values of the entire floor panel,
The active vibration and noise control device according to claim 1, wherein the plurality of sensors are respectively disposed in respective regions separated by the member .
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